納米TiC陶瓷顆粒增強鋁基復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及硬質陶瓷顆粒增強金屬基復合材料，尤其涉及原位合成納米Tic陶瓷 顆粒增強鋁基復合材料及其制備工藝，屬于金屬基復合材料領域。
【背景技術】
[0002] 隨著科學技術的發(fā)展，尤其是航空航天、國防、交通等領域的快速發(fā)展，對材料綜 合性能要求越來越高，單一材料已不能滿足這種要求。顆粒強化鋁基復合材料具有比強度 高、耐磨、耐熱性好等優(yōu)點，在許多領域被用于替代傳統(tǒng)的鋼鐵材料。TiC具有高強度、高模 量、高熔點且與鋁基體潤濕良好等優(yōu)點，同時TiC具有與鋁相近的晶格常數，是鋁熔體理想 的結晶晶核，可以起到細化母體晶粒的效果，因此是強化鋁基合金理想的第二相粒子，利用 TiC強化鋁基材料的研究受到了越來越多的關注。傳統(tǒng)的制備顆粒強化金屬基復合材料 的方法是將預先制備好的顆粒加入到金屬熔體中，該方法存在著顆粒與金屬基體間結合較 差，顆粒粗大且均勻化困難等一系列問題。例如，采用傳統(tǒng)的Al-Ti-C體系制備的原位TiC 增強鋁基復合材料，TiC尺寸一般在1-5微米，重量百分比在20%以上，這種復合材料只能 作為中間合金使用，增加了制造成本。
[0003] 原位合成技術是在特定的條件下，通過兩種或多種物質之間的化學反應，在金屬 基體內原位生成一種或多種增強相，達到改善基體某些性能的目的。由于增強相顆粒是原 位生成的，所以具有顆粒細小、表面無污染、熱力學性能穩(wěn)定、強化相顆粒與基體之間潤濕 性好等優(yōu)點，成為了制備顆粒增強鋁基復合材料的理想方法。但由于原位反應速度快，反 應過程不易控制等因素，反應生成物的成分和組織還不盡如人意，強化相粒子容易長大、偏 聚，致使材料的整體性能達不到設計要求，現今常采用機械攪拌或電磁攪拌法來達到均勻 化的目的，但效果還不太理想。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明目的在于提供一種納米TiC陶瓷顆粒增強鋁基復合材料，在原位合成過程 中使用NaCl作為細化劑，不受原位合成TiC與基體間重量比控制，TiC含量低；TiC陶瓷顆 粒圓整度好，尺寸在0. 1-1微米，在基體內分布均勻，與基體結合度好。
[0005] 本發(fā)明的另一個目的在于提供納米TiC陶瓷顆粒增強鋁基復合材料的制備方法， 工藝簡單。
[0006] 本發(fā)明的目的是通過以下的技術方案實現的： 一種納米TiC陶瓷顆粒增強鋁基復合材料，包括基體鋁以及納米TiC陶瓷增強體，納米TiC陶瓷增強體的添加量是基體鋁重量百分比的1-15% ;所述的納米TiC陶瓷增強體的尺寸 在0. 1-1微米。
[0007] 所述的納米TiC陶瓷增強體包括鈦粉、石墨粉、細化劑NaCl，其中鈦粉與石墨粉的 摩爾比為1:1. 2,NaCl與鈦粉和石墨粉總量的摩爾比為3 :25,A1粉與鈦粉和石墨粉總量的 質量比為3 :7。
[0008] 基體鋁純度為99. 5%，粒度為200目；鈦粉純度為99. 5%，粒度為325目；石墨粉純 度為99%，粒度為200目；NaCl純度為99%，粒度為200-325目。
[0009] 納米TiC陶瓷顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，步驟如下： 步驟1稱料：按比例取鋁粉、鈦粉、石墨粉、NaCl，其中，鈦粉與石墨粉的摩爾比為 1:1. 2,NaCl與鈦粉和石墨粉總量的摩爾比為3 :25,A1粉與鈦粉和石墨粉總量的質量比為 3 ：7 ； 步驟2混合：將配制好的粉料在滾筒式球磨機內混合均勻； 步驟3壓塊：將混合后的粉料壓制成圓柱形預制塊，70°C干燥6小時； 步驟4TiC陶瓷顆粒增強體的制備：將工業(yè)純鋁錠放入到石墨坩堝中，加熱至熔融溫 度以上（850°C)，保溫30min，去除表層灰渣，將壓制好的預制塊投入到鋁熔體內，反應完全 后機械攪拌l〇min，將熔體溫度降至750°C保溫15min，去除表層灰渣后，將熔體倒入預熱至 250°C的金屬磨具中冷卻，制備出納米TiC陶瓷顆粒增強鋁基復合材料。
[0010] 本申請在原位合成過程中使用NaCl作為細化劑，不受原位合成TiC與基體間重量 比控制，可以生產TiC含量很低的復合材料，分布在鋁基中的TiC陶瓷顆粒圓整度好，尺寸 在0. 1-1微米，分布均勻，與基體間結合好。
【附圖說明】
[0011] 圖1是實施例1原位合成納米Tic陶瓷顆粒增強鋁基復合材料掃描電子顯微鏡照 片；可見，合成的納米TiC陶瓷顆粒圓整度好，尺寸在0. 1-1微米； 圖2是實施例1原位合成納米TiC陶瓷顆粒增強鋁基復合材料中球狀相的能譜圖。 譜圖說明合成的納米TiC陶瓷顆粒增強鋁基復合材料純度好，無其它雜質，其中沒有發(fā)現 NaCl的峰存在，是因為所加NaCl量非常少所致。
【具體實施方式】
[0012] 以下通過實施例對本發(fā)明做進一步說明。
[0013] 實施例1 原位合成納米TiC陶瓷顆粒增強鋁基復合材料的制備方法，步驟如下： 步驟一、取鋁粉、鈦粉、石墨粉、NaC1的粉料配料；其中，鈦粉與石墨粉的摩爾比為 1:1. 2,NaCl與鈦粉和石墨粉總量的摩爾比為3 :25,A1粉與鈦粉和石墨粉總量的質量比為 3 ：7 ； 步驟二、將配制好的粉料在滾筒式球磨機內混合12小時； 步驟三、將混合后的粉料在20MPa壓力下壓制成直徑為10毫米，高度為10毫米的圓柱 形預制塊，在干燥箱中干燥6小時，溫度70°C; 步驟四、將稱量好的工業(yè)純鋁錠放入到石墨坩堝中，在井式電阻爐中加熱至850°C，保 溫30min，去除表層灰渣，按照重量比TiC:Al=l:9 (TiC是Ai重量百分比的1/9=11. 11%，） 計算出所需重量的預制塊，將稱量好的預制塊投入到鋁熔體內進行反應，反應完全后機械 攪拌lOmin，將熔體溫度降至750°C保溫15min，去除表層灰渣后，將熔體倒入預熱至250°C 的金屬磨具中冷卻，制備出重量百分比TiC:Al=l:9的納米TiC陶瓷顆粒增強鋁基復合材 料，球狀相元素重量及原子百分比見下表所示：
【主權項】
1. 納米TiC陶瓷顆粒增強鉛基復合材料，其特征在于包括基體鉛W及納米TiC陶瓷增 強體，納米TiC陶瓷增強體的尺寸在0. 1-1微米，添加量是基體鉛重量的1-15% ;納米TiC陶 瓷增強體包括鉛粉、鐵粉、石墨粉、細化劑化C1，其中鐵粉與石墨粉的摩爾比為1:1.2,化C1 與鐵粉和石墨粉總量的摩爾比為3 ;25, A1粉與鐵粉和石墨粉總量的質量比為3 ;7。
2. 根據權利要求1所述的納米TiC陶瓷顆粒增強鉛基復合材料，其特征在于鉛粉純度 為99. 5%，粒度為200目。
3. 根據權利要求1所述的納米TiC陶瓷顆粒增強鉛基復合材料，其特征在于鐵粉純度 為99. 5%，粒度為325目。
4. 根據權利要求1所述的納米TiC陶瓷顆粒增強鉛基復合材料，其特征在于石墨粉純 度為99%，粒度為325目。
5. 根據權利要求1所述的納米TiC陶瓷顆粒增強鉛基復合材料，其特征在于化C1純度 為99%，粒度為200-325目。
6. 權利要求1所述的納米TiC陶瓷顆粒增強鉛基復合材料的制備方法，其特征在于步 驟如下： 步驟1稱料；按比例取鉛粉、鐵粉、石墨粉、化C1，其中，鐵粉與石墨粉的摩爾比為 1:1. 2,化C1與鐵粉和石墨粉總量的摩爾比為3 ;25, A1粉與鐵粉和石墨粉總量的質量比為 3 ：7 ； 步驟2混合；將配制好的粉料在滾筒式球磨機內混合均勻； 步驟3壓塊；將混合后的粉料壓制成圓柱形預制塊，干燥； 步驟4 TiC陶瓷顆粒增強體的制備；將工業(yè)純鉛錠放入到石墨巧巧中，在井式電阻爐 中加熱至85(TC得到鉛烙體，保溫30min，去除表層灰渣，將壓制好的圓柱形預制塊投入到 鉛烙體內，反應完全后機械攬拌混合均勻，將烙體溫度降至75(TC保溫15min，去除表層灰 渣后，將烙體倒入經預熱的金屬磨具中冷卻，獲得納米TiC陶瓷顆粒增強鉛基復合材料。
【專利摘要】本發(fā)明涉及納米TiC陶瓷顆粒增強鋁基復合材料及其制備方法，復合材料包括基體鋁以及納米TiC陶瓷增強體，納米TiC陶瓷增強體的尺寸在0.1-1微米,添加量是基體鋁重量的1-15%；納米TiC陶瓷增強體包括鋁粉、鈦粉、石墨粉、細化劑NaCl，其中鈦粉與石墨粉的摩爾比為1:1.2，NaCl與鈦粉和石墨粉總量的摩爾比為3：25，Al粉與鈦粉和石墨粉總量的質量比為3：7。是將鋁粉、鈦粉、石墨粉、NaCl壓制成預制塊后投入到鋁熔體中，反應后得到納米TiC陶瓷顆粒增強鋁基復合材料。本發(fā)明制備的納米TiC陶瓷增強體顆粒圓整度好，在鋁基體內分布均勻，與基體結合度好。
【IPC分類】C22C21-00, C22C32-00, C22C1-02
【公開號】CN104532068
【申請?zhí)枴緾N201410775227
【發(fā)明人】周澤華, 袁煥龍, 仲召軍, 王澤華, 張欣
【申請人】河海大學
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月15日